Un popolare esperimento scientifico in giardino ha portato un team di esperti di fluidodinamica a una nuova formula matematica che prevede in modo più accurato la cavitazione e i suoi effetti dannosi.

Un colpevole comune nei tubi dell'acqua danneggiati e nelle eliche delle navi, la cavitazione è la formazione e il collasso di bolle gassose che si formano nei fluidi. La cavitazione può verificarsi anche all'interno di una bottiglia di vetro a collo lungo. Colpire la parte superiore di una bottiglia piena di liquido, Per esempio, può frantumare il suo fondo, lasciando gli scienziati assetati di risposte.

Ora i ricercatori stanno eliminando il mistero della cavitazione indotta dall'accelerazione con uno studio appena pubblicato e un'equazione matematica che dimostra che l'accelerazione di un fluido può causare la cavitazione. I loro risultati sono stati pubblicati il ​​24 luglio nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"Se cerchi risposte dietro il trucco della bottiglia di rottura, otterrai una varietà di teorie, " ha detto il dottor Tadd Truscott, professore associato di ingegneria meccanica presso la Utah State University e ricercatore capo presso lo Splash Lab della scuola. "Alcuni sostengono che la tua mano spinga l'aria nella bottiglia che la pressurizza e la sigilla, costringendo il fondo a esplodere. Questo non è il caso."

Truscott dice che l'energia da una forza impulsiva sulla bottiglia si trasferisce al fluido e provoca un calo della sua pressione statica. Quando la pressione scende, un fluido può bollire a una temperatura molto più bassa, dando origine alle bolle di vapore che si formano all'interno della bottiglia. Quando le pressioni interne si equalizzano, le bolle di cavitazione collassano in piccole ma violente onde d'urto. "Essere in grado di prevedere l'inizio della cavitazione sarebbe estremamente prezioso in molte applicazioni, " Ha aggiunto Truscott. "La cavitazione da accelerazione del fluido avviene in tubi e valvole sotterranei, eliche marine; anche alcune lesioni cerebrali sono il risultato della cavitazione indotta dall'accelerazione".

Ma la tradizionale formula di cavitazione utilizzata per decenni nelle aule di fisica spesso prevede erroneamente l'insorgenza della cavitazione nei fluidi accelerati in un periodo di tempo molto breve.

"La formula tradizionale ci direbbe che la cavitazione non accadrà sbattendo il palmo contro la parte superiore di una bottiglia, " ha aggiunto Truscott. "Ma l'esperienza ci dice il contrario. La bottiglia di solito si rompe, e ora abbiamo prove fotografiche della formazione di bolle di cavitazione vicino al fondo della bottiglia e del loro successivo collasso e onde d'urto. Questo ci dice che il numero di cavitazione convenzionale non funziona sempre correttamente".

Truscott e il suo team, composto da ricercatori dell'USU, La Tokyo University of Agriculture and Technology e la Brigham Young University - hanno ideato una nuova equazione che considera la profondità di un fluido e la sua accelerazione. Ricercatori in Giappone e Utah hanno condotto esperimenti di cavitazione simili e hanno ottenuto risultati identici. Il gruppo afferma che la loro nuova equazione definisce correttamente la fisica dell'insorgenza della cavitazione.